Az oxidatív stressz és az antioxidánsok

Az oxidatív stressz és az antioxidánsok

Ferencz Ágnes

Biokémiai és Molekuláris Biológiai Tanszék

Az SZTE Kutatóegyetemi Kiválósági Központ tudásbázisának kiszélesítése és hosszú távú szakmai fenntarthatóságának megalapozása

a kiváló tudományos utánpótlás biztosításával

TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0012 projekt

Stressz?

Selye (1965)

„A stressz az élet sava-borsa. Enélkül nem élnénk, csak vegetálnánk”

Levitt (1980)

„Any environmental factor potentially unfavorable to living

organisms.”

környezeti stresszorok:

geológiai adottságok:

szervetlen növényi tápanyagok, hordalék anyagok, kőzetekből kioldódott nehézfémek

ipari és mezőgazdasági tevékenység:

szerves és szervetlen vegyületek,

nehézfémek, kőolaj származékok, savak

radioaktív sugárzás klimatikus változások patofiziológiás hatások:

láz, gyulladás, ischemia, oxidatív sejtkárosodás

normális sejtműködéssel kapcsolatos hatások:

sejtosztódási ciklus, differenciáció, növekedési faktorok

STRESSZ

- Fehérje denaturáció (direkt/indirekt)

gyulladásos folyamatok hirtelen

hőmérséklet változás

nehézfém terhelés

Cd, As, Cu kemikáliák

Stresszhatások

- Szabadgyök képződés oxidatív stressz

(fehérje, DNS, lipid károsodás)

O ₂ + e ^-  O ₂ ^-. + H ⁺  HO ₂ ^. + H ⁺  H ₂ O ₂

szuperoxid anion hidroperoxid gyök hidrogén-peroxid

ROS (reactive oxygen species)

RNS (reactive nitrogene species)

O ₂ ^-. + NO  ONOO ^-

peroxi-nitrit

Szabadgyökök

1. SZIGNÁL TRANSZDUKCIÓS FOLYAMATOK 2. SEJTMŰKÖDÉS SZABÁLYOZÁSA

3. SEJTOSZTÓDÁS

4. GYULLADÁSOS FOLYAMATOK 5. APOPTÓZIS

 LÁNCREAKCIÓ

ROS károsíthat: - lipidek

membránok:

telített zsírsavak, rigidebb, permeábilitás nő

Nem alkoholos eredetű zsírmáj

a lakosság 10-24 %, gyakran tünetmentes

kialakulása: inzulin rezisztencia + oxidatív stressz + túlsúly, magas koleszterin szint

KETTŐS CSAPÁS:

zsírsavak mennyiségének növekedése

+

fokozott oxidatív stressz, szabadgyökök képződése

indukált lipidperoxidáció

antioxidáns védelmi rendszer kimerülése

 májzsugor (6-7 ezer)

ROS károsíthat: - nukleinsavak

bázismódosulások, fragmentálódás, száltörések

 APOPTÓZIS

ROS károsíthat: - fehérjék

 Fehérje konformációs betegségek

Betegség Fehérje-aggregátum

1. Alzheimer-kór ß-amiloid (plakkok)

tau (neurofibrilláris kötegek) 2. Parkinson-kór -synuclein / ubiquitin 3. Huntington-kór poli-glutamin / ubiquitin 4. Prion-betegség prion protein

Fehérje KONFORMÁCIÓS betegségek

a neurodegeneratív betegségek nagy része fehérje-aggregátumok képződésével jár

fehérje konformációváltozás (-hélix  b-redő)

aggregátumok enzim-rezisztensek és neurotoxikus hatásúak öröklött vagy multifaktoriális eredetűek

Alzheimer-kór

amiloid plakkok kialakulása

szinapszisok és a kolinerg neuronok pusztulása mitokondriumok sérülése, ATP-hiányt okoz

amiloid aggregátumok neurotoxikus hatásúak

„reszkető bénulás”

agytörzsi ganglionok károsodása csökken a dopamin termelődése

nyugalmi remegés, izommerevség és a meglassultság

Parkinson-kór

Huntington-kór

örökletes betegség

idegsejtek elhalásával jár

a koleszterin szállítása akadályozott az agyban

akaratlan mozgások, érzelmi kitörések és szellemi leépülés

Prionok

BSE kuru scrapie

juhok surlókórja

szarvasmarha szivacsos agysorvadás kuru

Creutzfeldt-Jacob kór

variáns Creutzfeldt-Jacob kór Fatális insomnia

Oxidatív stressz

Környezeti

stresszhatások Krónikus betegségek

diabétesz bélgyulladás alkoholfogyasztás

Újszülöttek

gén azonosítása szöveti expresszió

stresszvizsgálat

Alkalmazott kezelések

Hideg kezelés (5-10

C)

Cd As

Nehézfém kezelés (1-10mg/l)

1. 2.

Kombinált kezelés

Cd

akklimatizáció

Kadmium

források:

– természetes kőzeterózió – réz, ólom, cink bányászat

mellékterméke – autó kipufogók

– cigaretta füst (1-2 mg Cd)

• felhasználás:

– nikkel-kadmium akkumulátor (70 %) – festék pigmentek (13 %)

– műanyag stabilizálók (7 %) – gombaölő szerek (2 %)

• belégzés: 15-50% megkötődik

• táplálkozás: 8-25 g/nap; 6% megkötődik, 80%-a növényi eredetű növényi eredetű: táplálékok (burgonya, gabona félék…)

állati eredetű: máj és vese (50-75%-a májban, vesében halmozódik fel)

Fokozott felhalmozódás Ca²⁺, Zn²⁺, vagy Fe²⁺ hiányt okoz a szervezetben Fél-életidő 20 - 30 év

Toxicitás

• tüdő toxicitás:

– ödéma, megöli a tüdő makrofágokat

• Vese:

– méretbeli, szerkezeti változások, vesetubulusok diszfunkciója – 7%

• csontozat:

– Osteoporosis and osteomalacia

• tumor:

– karcinogén (állat kísérletek) – tüdő rák ~8%-a Cd-hoz köthető

Kadmium

Japán Cd szennyezettsége - vesekárosodás

Arzén

• kémiája:

– extrém komplexitás: létezhet fémes formában.

Vegyületeiben lehet 3+ illetve 5+ vegyértékű, organikus és anorganikus

– Minden formája széles körben előfordul a természetben

• források:

– Ezüst, arany, réz, cink bányászat,

– mezőgazdaságban használt herbicidek és fungicidek – cigaretta füst

– leggyakoribb forrás a pesticidek és herbicidek előállítása

• környezeti hatás:

– felszíni és földalatti vízforrásainkban – felhalmozódhat a növényekben

– akkumulálódhat a vízi élőlényekben (halak)

Arzén toxicitás

• Arzén akkumuláció:

– máj megnagyobbodás – tumor képződés

– nagy affinitással kötődik a fehérjék szulfhidril csoportjaihoz, ezzel gátolja a -SH függő enzimek működését

– szabadgyökök keletkeznek, gátolják a DNS repair rendszer működését, DNS szál törés

• Bőr betegségek:

– Keratosis, hyperpigmentation

– 200000 ember

Hősokk fehérjék (Hsp70, Hsc70, Hsp90) Metallothioneinek/MTF-1

Antioxidáns rendszerek

Antioxidáns enzimek

Gpx, GR, Kataláz, SOD Kismolekulasúlyú antioxidánsok

GSH/GSSG

Stressz-válasz

- evolúciósan rendkívül konzervált

- halakban nem ismert

Metallothioneinek (MT)

• Eszenciális fémek homeosztázisának fenntartása

• Nehézfém detoxifikáció (Cd)

• Szabadgyökökkel és alkalikus ágensekkel szembeni

védekezés

A kadmium detoxifikáció két fő útja

Metallothioneinek

- nehézfém-kötés - reaktív szabadgyökök semlegesítése (

OH)

GSH és GSH homeosztázis enzimjei

-

- reaktív szabadgyökök semlegesítése (O

, H

O

)

MTF-1

Glutation

az egyik legfontosabb, kis molekulasúlyú antioxidáns

tripeptid:

glutamát cisztein glicin

könnyebben oxidálódik, mint a sejt SH-csoportot tartalmazó enzimjei hidrogén-peroxid, lipidperoxidok eltávolítása  GPx

xenobiotikumok átalakítása  GST

aszkorbinsav és rajta keresztül az -tokoferol regenerálása öregedést késleltető, rák megelőző hatás

O₂ (5%) O₂^.- H₂O₂ SOD

H₂O +O₂ kataláz

ROOH

H₂O +

GPx GSH

GSSG GR

Antioxidánsok

akut kadmium expozíció

+

Glu + Cys Gly

GSS

Cd

Cd

GSH

gpx1

GSSG

gr

H₂O₂

H₂O gss

LPO

cat

mt

GSH

gpx1

GSSG

gr

H₂O

gss

LPO

cat

mt

H₂O₂

A /máj B /vese

Szövet-specifikus stresszválasz